パルス強磁場と自由電子レーザーを組み合わせた実験技術の開発と物性研究への応用

脉冲强磁场与自由电子激光结合实验技术开发及其在凝聚态研究中的应用

基本信息

批准号：
15740183
负责人：
松田康弘
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Okayama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

ミリ波コヒーレント放射光及び放射光X線を用いたパルス強磁場中の物性測定技術開発を行い、ミリ波帯ではパルス構造を利用した時系列スピン共鳴測定、X線では磁場誘起相転移に伴う構造変化をそれぞれパルス強磁場において行った。ミリ波コヒーレント放射光は、京都大学原子炉実験所のライナック施設、X線はSPring-8のBL22XUを使用した。パルススピン共鳴では、パルス光励起による共鳴条件での磁化変化ピックアップ法、ガン発信器と組み合わせた2色ポンプ・プローブ法の2つの手法を開発し、希薄磁性系RbMnMgF_3に適用した。コヒーレント放射光は水銀灯などの従来光源に比べ、10^3〜10^4倍高強度であるが、有意な磁化変化信号を捕らえることができなかったため、より高強度の自由電子レーザーとの組み合わせが必須であると結論された。実験技術的には本研究で手法は確立されたため、現在東京理科大で建設中のテラヘルツ自由電子レーザーなどとの組み合わせにより、本格的なスピン緩和の研究が行える段階に達した。また、ポンプ・プローブ測定には、マイクロ秒幅のマクロパルスではなく、その内部構造のピコ秒幅のミクロパルスを利用することが今後の課題であり、超伝導検出器などの早い計測システムの構築が重要であることがわかった。超伝導検出器の感度などの基礎試験は本研究において行い、従来のGe : Gaなどと同程度であることを確かめた。X線領域においては、アンジュレータからの高輝度X線を用いることで、パルス磁場幅の約1ミリ秒間で、X線ブラッグ反射の強度変化を捉えることに成功した。これにより、強相関物質、YbInCu_4の磁場誘起構造相転移を約30Tの強磁場下で観測した。これは、世界初の30T領域での強磁場放射光X線実験であり、国内外から大きな関心が寄せられた。いまのところ論文は会議報告のみであるが、投稿論文を現在準備中である。この技術は、現在世界的に開発が進められているX線領域の自由電子レーザーと組み合わせて、さらに短時間パルスのスピン・格子ダイナミクスの研究へと発展させることも可能であり、今後、自由電子レーザーとパルス磁場の組み合わせ技術が、ユニークな物性研究分野を開拓する有力な手法であることを強く期待させるものである。

开发了使用毫米波相干辐射和同步辐射X射线测量脉冲强磁场中物理性能的技术，并使用毫米波带中的脉冲结构进行了时间序列旋转共振测量，并且在X射线中，磁场诱导的相位过渡伴随着磁场诱导的相位过渡，在X射线磁场中进行了磁性强的磁性磁性磁性磁性。对于毫米波相干同步辐射，京都大学核反应堆实验室的Linac设施以及X射线，使用了Spring-8 BL22XU。在脉冲旋转共振中，开发了两种方法：通过脉冲光激励在谐振条件下进行磁化变化拾音方法，以及一种两色泵探头方法与枪支发射器结合使用，并将其应用于稀磁系统RBMNMGF_3。尽管相干辐射的强度比常规光源（例如汞灯）高10^3至10^4倍，但得出结论，与较高强度的无强度电子激光器的组合是必不可少的，因为它无法捕获明显的磁化变化信号。实验技术是在这项研究中建立的，并通过将其与目前在东京科学大学正在建设的Terahertz Free Electron激光结合使用，我们已经到达了我们可以进行全面的自旋松弛研究的阶段。此外，对于泵和探测测量值，已经发现，未来的挑战是使用具有比索宽度宽度的微孔，而不是带有微孔具有宽度宽度的微孔的微孔，并且构建快速测量系统（例如超支探测器）很重要。在这项研究中进行了基本测试，例如超导检测器的灵敏度，并确认它们与常规的GE：GA等相似。在X射线区域中，通过使用来自Undunator的高亮度X射线，我们成功地捕获了在脉冲磁场宽度大约1 ms之内X射线BRAGG反射的强度变化。这观察到磁场引起的强度相关材料YBINCU_4的结构相变，在大约30T的强磁场下。这是世界上30T地区的世界上第一个高磁场X射线实验，在国内和国际上引起了极大的兴趣。目前，这些论文只是会议报告，但目前正在准备提交。该技术可以与目前正在全球开发的无X射线电子激光器结合使用，并将其进一步发展为对短期脉冲的自旋晶体动力学的研究，并且备受期待的是，将来，免费电子激光器和脉冲磁场的结合将是一种有力的方法，可以发展出独特的物理物业研究领域。